De verschillende velden van de fysica

Natuurkunde is de tak van de wetenschap die zich bezighoudt met de aard en eigenschappen van niet-levende materie en energie die niet worden behandeld door chemie of biologie, en de fundamentele wetten van het materiële universum. Als zodanig is het een enorm en divers studiegebied.

Om het te begrijpen, hebben wetenschappers hun aandacht gericht op een of twee kleinere gebieden van het vakgebied. Dit stelt hen in staat om experts op dat smalle gebied te worden, zonder vast te lopen in de enorme hoeveelheid kennis die bestaat over de natuurlijke wereld.

The Fields of Physics

Natuurkunde wordt soms onderverdeeld in twee brede categorieën, gebaseerd op de geschiedenis van de wetenschap: Klassieke fysica, die studies omvat die zijn ontstaan ​​vanaf de Renaissance tot het begin van de 20e eeuw; en moderne fysica, waaronder die studies die sinds die periode zijn begonnen. Een deel van de verdeling kan als schaal worden beschouwd: de moderne fysica richt zich op kleinere deeltjes, preciezere metingen en bredere wetten die van invloed zijn op hoe we blijven studeren en begrijpen hoe de wereld werkt.

Een andere manier om fysica te verdelen is toegepaste of experimentele fysica (in feite het praktische gebruik van materialen) versus theoretische fysica (het bouwen van overkoepelende wetten over hoe het universum werkt).

Terwijl je de verschillende vormen van fysica leest, moet het duidelijk worden dat er enige overlap is. Het verschil tussen astronomie, astrofysica en kosmologie kan bijvoorbeeld soms vrijwel betekenisloos zijn. Voor iedereen, behalve voor astronomen, astrofysici en kosmologen, die het onderscheid zeer serieus kunnen nemen.

Klassieke fysica

Vóór het begin van de 19e eeuw concentreerde de natuurkunde zich op de studie van mechanica, licht, geluid en golfbeweging, warmte en thermodynamica en elektromagnetisme. Klassieke fysica-velden die vóór 1900 zijn bestudeerd (en die zich vandaag blijven ontwikkelen en onderwijzen) zijn onder meer:

• Akoestiek: De studie van geluid en geluidsgolven. In dit veld bestudeer je mechanische golven in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen. Akoestiek omvat toepassingen voor seismische golven, schokken en trillingen, lawaai, muziek, communicatie, gehoor, onderwatergeluid en atmosferisch geluid. Op deze manier omvat het aardwetenschappen, biowetenschappen, techniek en kunst.
• Astronomie: De studie van de ruimte, inclusief de planeten, sterren, sterrenstelsels, diepe ruimte en het universum. Astronomie is een van de oudste wetenschappen en gebruikt wiskunde, natuurkunde en scheikunde om alles buiten de atmosfeer van de aarde te begrijpen.
• Chemische fysica: De studie van fysica in chemische systemen. Chemische fysica richt zich op het gebruik van fysica om complexe fenomenen op verschillende schalen te begrijpen, van het molecuul tot een biologisch systeem. Onderwerpen omvatten de studie van nanostructuren of chemische reactiedynamiek.
• Computationele fysica: De toepassing van numerieke methoden om fysieke problemen op te lossen waarvoor al een kwantitatieve theorie bestaat.
• elektromagnetisme: De studie van elektrische en magnetische velden, twee aspecten van hetzelfde fenomeen.
• Elektronica: De studie van de stroom van elektronen, meestal in een circuit.
• Vloeistofdynamica / vloeistofmechanica: De studie van de fysische eigenschappen van "vloeistoffen", in dit geval specifiek gedefinieerd als vloeistoffen en gassen.
• Geofysica: De studie van de fysieke eigenschappen van de aarde.
• Wiskundige natuurkunde: Wiskundig rigoureuze methoden toepassen om problemen in de natuurkunde op te lossen.
• Mechanica: De studie van de beweging van lichamen in een referentiekader.
• Meteorologie / weerfysica: De fysica van het weer.
• Optica / lichtfysica: De studie van de fysische eigenschappen van licht.
• Statistische Mechanica: De studie van grote systemen door statistisch de kennis van kleinere systemen uit te breiden.
• Thermodynamica: De fysica van warmte.

Moderne natuurkunde

De moderne fysica omvat het atoom en zijn samenstellende delen, de relativiteitstheorie en de interactie van hoge snelheden, kosmologie en ruimteverkenning, en mesoscopische fysica, die delen van het universum die in grootte tussen nanometers en micrometers vallen. Sommige van de velden in de moderne fysica zijn:

• Astrophysics: De studie van de fysieke eigenschappen van objecten in de ruimte. Tegenwoordig wordt astrofysica vaak door elkaar gebruikt met astronomie en veel astronomen hebben fysische graden.
• Atoomfysica: De studie van atomen, in het bijzonder de elektroneigenschappen van het atoom, onderscheidt zich van nucleaire fysica die alleen de kern beschouwt. In de praktijk bestuderen onderzoeksgroepen meestal atomaire, moleculaire en optische fysica.
• Biofysica: De studie van fysica in levende systemen op alle niveaus, van individuele cellen en microben tot dieren, planten en hele ecosystemen. Biofysica overlapt met biochemie, nanotechnologie en bio-engineering, zoals de afleiding van de structuur van DNA uit röntgenkristallografie. Onderwerpen kunnen bio-elektronica, nano-geneeskunde, kwantumbiologie, structurele biologie, enzymkinetiek, elektrische geleiding in neuronen, radiologie en microscopie omvatten.
• Chaos: De studie van systemen met een sterke gevoeligheid voor initiële omstandigheden, zodat een kleine verandering in het begin snel grote veranderingen in het systeem worden. Chaostheorie is een element van de kwantumfysica en nuttig in de hemelmechanica.
• Kosmologie: De studie van het universum als geheel, inclusief zijn oorsprong en evolutie, inclusief de oerknal en hoe het universum zal blijven veranderen.
• Cryofysica / Cryogenica / Fysica bij lage temperaturen: De studie van fysische eigenschappen in situaties met lage temperaturen, ver onder het vriespunt van water.
• kristallografie: De studie van kristallen en kristallijne structuren.
• Hoge energiefysica: De studie van de fysica in extreem hoge energiesystemen, meestal binnen de deeltjesfysica.
• Hogedrukfysica: De studie van fysica in extreem hoge druksystemen, meestal gerelateerd aan vloeistofdynamica.
• Laserfysica: De studie van de fysische eigenschappen van lasers.
• Moleculaire fysica: De studie van de fysische eigenschappen van moleculen.
• nanotechnologie: de wetenschap van het bouwen van circuits en machines uit afzonderlijke moleculen en atomen.
• Kernfysica: De studie van de fysische eigenschappen van de atoomkern.
• Deeltjesfysica: De studie van fundamentele deeltjes en de krachten van hun interactie.
• Plasmafysica: De studie van materie in de plasmafase.
• Kwantumelektrodynamica: De studie van hoe elektronen en fotonen op het kwantummechanische niveau op elkaar inwerken.
• Quantummechanica / kwantumfysica: De studie van de wetenschap waar de kleinste afzonderlijke waarden, of kwanta, van materie en energie relevant worden.
• Quantum Optics: De toepassing van kwantumfysica op licht.
• Kwantumveldentheorie: De toepassing van kwantumfysica op velden, inclusief de fundamentele krachten van het universum.
• Quantum zwaartekracht: De toepassing van kwantumfysica op zwaartekracht en unificatie van zwaartekracht met de andere fundamentele deeltjesinteracties.
• Relativiteit: De studie van systemen die de eigenschappen van de relativiteitstheorie van Einstein weergeven, waarbij in het algemeen snelheden worden gerealiseerd die zeer dicht bij de lichtsnelheid liggen.
• String Theory / Superstring Theory: De studie van de theorie dat alle fundamentele deeltjes trillingen zijn van eendimensionale strings van energie, in een hoger dimensionaal universum.

Bronnen en verder lezen

• Simonyi, Karoly. "Een culturele geschiedenis van de natuurkunde." Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "De nooit eindigende raadsels van de klassieke fysica." Ars Technica, 4 augustus 2014.
• Teixeira, Elder Sales, Ileana Maria Greca en Olival Freire. "De geschiedenis en filosofie van de wetenschappen in de natuurkunde: een onderzoekssynthese van didactische interventies." Wetenschappelijk onderwijs 21.6 (2012): 771-96. Afdrukken.